Experimentelle Manipulation von Körpergröße zu morphologischen Scaling Relationships in Estimate Drosophila

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, durch eine zeitlich gesteuerte Manipulation der Nahrungsverfügbarkeit während der Entwicklung eine breite Spanne an Körperegrößen zu erzeugen, die anschließend zur Abschätzung der Skalierungsbeziehung zwischen morphologischen Merkmalen verwendet werden kann. Zunächst werden über einen Zeitraum von drei Tagen Eier aus derselben Fliegenpopulation gesammelt, wodurch drei Alterskohorten entstehen. Sobald die älteste Larvenkohorte mit der Verpuppung beginnt, werden die Larven aller Kohorten von der Nahrung entfernt.

Das Ergebnis dieser Ernährungsmodifikation ist ein vergrößerter Bereich der Größenvariation der Puppen. Anschließend werden Bilder der Pupillen und der Flügel erwachsener Tiere von allen Individuen aufgenommen, um die morphologische Skalierungsbeziehung zwischen Körper- und Flügelgröße schätzen zu können. Letztendlich werden Ergebnisse erhalten, die zeigen, wie die Flügelgröße mit dem gesamten möglichen Bereich der Körpergröße skaliert, indem eine lineare Regression vom Typ zwei an die Daten angepasst wird.

In dieser Studie verwenden wir eine entwicklungsgemäß zeitlich gesteuerte Manipulation des Zugangs zu Nahrung, um experimentell die Variabilität der Körperform bei erwachsenen Fliegen zu erhöhen. Dies ermöglicht es uns, morphologische Skalierungsbeziehungen über den gesamten Bereich der Körperformen zu schätzen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen zur Expression und Evolution morphologischer Skalierung zu beantworten, beispielsweise die Identifizierung der unmittelbaren Grundlagen für die Variabilität der Parameter von Skalierungsbeziehungen zwischen biologischen Gruppen.

Bringen Sie eine Population von Fliegen in eine Paarungskammer und sammeln Sie anschließend über einen Zeitraum von drei Tagen alle 24 Stunden die Eier. Erstellen Sie dadurch letztendlich drei Alterskohorten mithilfe eines Stereomikroskops. Überführen Sie jeweils 50 Eier jeder Kohorte in Gefäße, die 10 Milliliter Standardnahrung für Fliegen enthalten.

Inkubieren Sie die Gefäße bei der gewünschten Temperatur für die Larvenentwicklung. Wenn der älteste Kohortenabschnitt das Wandering-Stadium erreicht, ist es Zeit, die Diätmanipulation durchzuführen, indem die Larven von der Nahrung entfernt werden. Zu diesem Zeitpunkt sind die Larven der ältesten Kohorte bereits deutlich über dem minimalen lebensfähigen Gewicht für die Einschlussbildung und werden nahe der natürlichen Maximalkörpergröße liegen.

Larven der mittleren Kohorte haben das minimale lebensfähige Gewicht überschritten, werden jedoch kleinere Erwachsene hervorbringen als Larven der ältesten Kohorte. Larven der jüngsten Kohorte liegen sehr nahe am minimalen lebensfähigen Gewicht und werden deshalb sehr kleine Erwachsene hervorbringen. Um die Larven von der Nahrung zu entfernen.

Geben Sie etwa fünf Milliliter einer 40%igen Saccharoselösung in die Gefäße und schütteln Sie 15 bis 20 Minuten lang auf einem Rütteltisch bei mittlerer Einstellung. Entfernen Sie nach dem Schütteln die schwimmenden Larven mit einem feinen Pinsel aus der Saccharoselösung und bringen Sie sie nach Kohorte getrennt in Gefäße mit einem feuchten Wattepfropfen zur Feuchtigkeitsversorgung. Inkubieren Sie bei der gewünschten Temperatur, bis die Verpuppung eintritt.

Ordnen Sie die Puppen mit der Bauchseite nach oben auf einem Objektträger an. Sobald die Puppen positioniert sind, nehmen Sie Bilder mit einer an das Mikroskop angeschlossenen Digitalkamera auf. Stellen Sie sicher, dass die Einstellungen so konfiguriert sind, dass jede Puppe als dunkle Silhouette vor weißem Hintergrund erscheint.

Nach der Bildaufnahme jedes Puppen in ein einzelnes zwei Milliliter fassendes Epit-Röhrchen mit einem Milliliter Fliegenfutter überführen. Die Pupillengröße als Anzahl der Pixel der Pupillensilhouette schätzen. Andere Größenmetriken wie Länge oder Breite können ebenfalls unter einem Stereomikroskop verwendet werden.

Betäuben Sie die Fliege leicht mit Kohlendioxid und positionieren Sie sie mithilfe eines Flügelhalters, einem Sauggerät, das den Flügel zwischen zwei Glasplättchen zieht und senkrecht zum Körper der Fliege fixiert. Obwohl in dieser Studie ein Flügelhalter verwendet wird, um Flügel lebender Fliegen abzubilden, können Flügel und andere Merkmale auch mit normalen Werkzeugen präpariert und abgebildet werden. Nehmen Sie den Flügel mit der an den Computer angeschlossenen Mikroskopkamera auf und notieren Sie das Geschlecht der Fliege. Nachdem der Flügel aufgenommen und gespeichert wurde, schätzen Sie die Flügelgröße entweder anhand des minimalen konvexen Polygons, das die randständigen festen Landmarken umschließt, als lineare Messung oder anhand der Pixelanzahl der Flügelkontur. Die hier abgebildeten Puppen zeigten aufgrund der Futtermanipulation die Extrema der Größenverteilung.

Nachdem die Puppe das minimale lebensfähige Gewicht für die Einschlussbildung erreicht hat. Ebenfalls dargestellt sind die entsprechenden Silhouetten zur Messung der Pupillengröße. Die entsprechenden Flügelbilder derselben Individuen an den Extremen der Größenverteilung sind hier neben der Silhouette abgebildet.

Wird verwendet, um die Flügelgrößenextraktion der Skalierungsbeziehung abzuschätzen. Parameter, die beschreiben, wie die Flügelgröße mit der Körperform skaliert, ermöglichen den Vergleich, wie die Gesamtform mit der Größe zwischen Gruppen korreliert. Hier werden Daten für Individuen jedes Geschlechts gezeigt, die als Larven voll gefüttert waren oder einen Tag beziehungsweise zwei Tage lang gehungert haben.

Obwohl die einzelnen Arbeitsschritte dieses Verfahrens schnell sind, kann es insgesamt aufwendig sein. In der Regel benötigt man etwa 350 Arbeitsstunden, um rund 3.500 Fliegen von der Ei- bis zur erwachsenen Stufe zu verarbeiten. Mit Übung können die Einzelpersonen ihre Bearbeitungszeiten erheblich verbessern, und dieses Verfahren kann auch zur Messung weiterer morphologischer Merkmale verwendet werden, wodurch die Abschätzung zusätzlicher morphologischer Skalierungsbeziehungen ermöglicht wird.